Assistance robotique à la chirurgie cardiaque

Opération 21 : Compensation active de mouvement pour la chirurgie à coeur battant totalement endoscopique (LSIIT, IRCAD, INSA)

Suivi d’un cœur battant par asservissement visuel avec un robot (à gauche) – avec un stabilisateur cardiaque mini-invasif et actif (à droite).

Ce projet a pour objectif de développer une assistance robotique à la chirurgie cardiaque, en particulier, dans le cas des opérations à cœur battant. Il y a un intérêt évident pour le patient d’éviter l’arrêt du cœur et une circulation extracorporelle. Par contre, la rapidité des battements du cœur et leur amplitude rendent difficile une opération manuelle, malgré l’utilisation de stabilisateurs cardiaques qui réduisent l’amplitude des mouvements. Notre projet consiste à fournir une assistance robotique à certaines procédures chirurgicales à cœur battant. Nous développons actuellement une technique innovante de stabilisation active, qui s’oppose à la stabilisation passive classique, du myocarde en utilisant un asservissement visuel rapide avec modèle dynamique incluant des flexibilités. Le travail de recherche porte à la fois sur la structure mécanique qui est à base d’articulations compliantes et d’actionnement piézoélectrique, sur l’identification en ligne du modèle dynamique, sur la prédiction de la perturbation avec un modèle local du battement cardiaque et sur la commande robuste par retour visuel. Nous avons testé avec succès un premier prototype sur un cœur porcin. Ce travail a donné lieu à 2 publications dont l’une (MICCAI 2007) a obtenu le prix du meilleur article jeune chercheur en robotique médicale. La version 2 du dispositif baptisé Cardiolock est en cours de conception. Elle permettra d’étendre la stabilisation à 2 degrés de liberté. Nous travaillons aussi activement sur l’amélioration de la commande. Une liste non exhaustive des problématiques restant à explorer pour ce projet sont :

-Identification automatique du modèle d’interaction cardiolock-cœur

-Commande prédictive incluant un prédicteur de mouvement cardiaque basé sur des signaux physiologiques et sur l’image

-Utilisation d’une information provenant d’un accéléromètre en complément de la mesure visuelle

-Suivi rapide et robuste de la zone de suture (au lieu de marqueurs attachés à la structure mécanique)

-Evaluation d’une solution d’accélération matérielle à base de cartes GPU Tesla.